最新刊期
2016 年 第 21 卷 第 4 期
- 摘要：凸能量泛函正则化模型(EFRM)的综述论文在国内外还少有报道,为使即将进入该领域的研究者全面了解发展现状,结合图像恢复,对该领域国内外研究现状进行综述。 在参考大量文献的基础上,从凸EFRM的起因、组成、处理和发展趋势等方面加以总结和比较。首先,给定反问题,无法获得可行解,解决此问题的有效方法是建立EFRM。其次,从能量泛函的组成,分析拟合项和正则项的适用条件,给出引起图像模糊的5种点扩散函数,阐述权重的重要性及确定方法。再次,将能量泛函的拟合项和正则项分为整体处理、单独处理,分析空域、变换域和混合域正则化模型求解算法,评述模型和算法的优缺点。最后,指出图像恢复EFRM的发展趋势及存在的问题。 一般说来,无法直接求解由拟合项、正则项和权重组成的原始凸EFRM,然而,通过转化模型、对偶模型和原始-对偶模型,利用数值代数、矩阵论和优化理论对转化模型进行整体处理、分裂处理,可以设计出高效、快速求解算法。 图像恢复中的EFRM研究虽然取得了很多有意义的理论与应用成果,但随着大规模数据处理问题的不断涌现,建立准确的数学模型,设计高效快速的求解算法以及分析算法的收敛性等理论问题有待进一步深入研究。关键词：能量泛函正则化模型;图像恢复;优化算法设计;大规模数据处理3003|1622|2更新时间：2024-05-07
综述
- 摘要：在图像压缩感知过程中,不管是整体采样还是固定分块采样,都不能充分利用图像的稀疏性,存在采样率与图像重构质量的矛盾。提出了一种基于图像纹理变化的自适应分块感知采样算法ABCS(adaptive block compressed sensing),再结合JPEG量化思想,在不降低图像重构质量的前提下降低采样率,更大地提高压缩比。 首先进行图像预分块,计算分析各块纹理复杂度,当图像块纹理复杂度低于相应阈值,选择最佳采样率对各块观测采样,当图像块纹理复杂度高于相应阈值,需再分块,重复上述步骤,达到最小16×16块时停止分块。当最小块的纹理复杂度高于最大阈值采用JPEG量化编码,其他块选择匹配的采样率,以压缩感知方式压缩。 ABCS算法与典型的压缩感知重构算法结合并与其原始算法比较,在相近采样率条件下,图像重构质量提高明显,尤其在低采样率下性能更佳,如20%采样率下重构图像PSNR值达到30 dB左右。 提出的自适应的分块采样充分利用图像的稀疏分布,提高压缩感知的效率;高复杂纹理块采用JPEG编码处理,避免了重构质量差的缺点,同时减少了重构时间。关键词：图像压缩;压缩感知;采样率;稀疏表示3652|388|2更新时间：2024-05-07
图像处理和编码
- 摘要：为了同时解决传统多项式B样条曲线在形状调控、精确表示常见工程曲线以及构造插值曲线时的不足,提出了一类集多种特性的三次三角伪B样条。 首先构造了一组带两个参数的三次三角伪B样条基函数,然后在此基础上定义了相应的参数伪B样条曲线,并讨论了该曲线的特性及光顺性问题,最后研究了相应的代数伪B样条,并给出了最优代数伪B样条的确定方法。 参数伪B样条曲线不仅满足C连续,而且无需求解方程系统即可自动插值于给定的型值点。当型值点保持不变时,插值曲线的形状还可通过自带的两个参数进行调控。在适当条件下,该参数伪B样条曲线可精确表示圆弧、椭圆弧、星形线等常见的工程曲线。相应的代数伪B样条具有参数伪B样条曲线类似的性质,利用最优代数伪B样条可获得满意的插值效果。 所提出的伪B样条同时解决了传统多项式B样条曲线在形状调控、精确表示常见工程曲线以及构造插值曲线时的不足,是一种实用的曲线造型方法。关键词：B样条;三角样条;插值样条;形状调控2279|355|2更新时间：2024-05-07
计算机图形学
- 摘要：针对现有的血管分割方法对血管的分割精度尚有不足,尤其是对噪声等影响下的断裂血管,基于Stein-Weiss函数的解析性提出了一种新的3维血管分割算法,能够分割出更精细更清晰的血管。 首先,通过图像增强和窗宽窗位调节的预处理来增加血管点与背景的对比度。然后,将Stein-Weiss函数与梯度算子结合起来,把CT体数据的每一个体素都表示为一个Stein-Weiss函数,体素6邻域的灰度值作为Stein-Weiss函数各组成部分的系数。再求出Stein-Weiss函数在、、 3个方向上的梯度值,大于某一个阈值时,便将此体素视为血管边缘上的点。最后,根据提取出血管边缘的2维CT切片重建出3维的血管。 对肝静脉的造影数据S70进行肝脏血管分割与3维重建的实验结果表明,利用该算法进行血管分割的敏感性和特异性相对于区域生长算法和八元数解析分割算法都较高。尤其是对于血管分割的去噪方面有明显优势,因此能够快速有效地分割出更清晰更精细的血管。 提出了一种新的血管分割算法,利用Stein-Weiss函数的解析性来提取血管的边缘,实验结果表明,此算法可以有效快速地去除血管噪声并得到更精细的分割结果。由于Stein-Weiss解析的性质可以适合任意维数,所以利用Stein-Weiss解析函数性质可以进行2维或更高维的图像边缘识别。关键词：Stein-Weiss解析函数;预处理;八元数;血管分割;3维重建2784|478|2更新时间：2024-05-07
- 摘要：将光声成像与医学内窥技术相结合的血管内光声(IVPA)成像技术可为心血管内易损斑块的检测以及指导介入治疗提供可靠的参考。针对采用单阵元探测器进行圆周扫描的IVPA成像系统,提出基于时间反演(TR)算法的重建IVPA横截面灰阶图像的方法。 通过建立超声传播模型,对光声信号的反向传播过程进行模拟,反演得到血管横截面的2维初始光声压分布图像。针对测量位置稀疏和有限角度测量都会造成光声数据不完备,进而导致重建图像质量下降的问题,通过对探测器采集到的光声信号进行样条插值达到提高成像质量以及消除伪影的目的。 仿真实验结果表明,与相同测量位置下利用滤波反投影(FBP)算法重建出的图像相比,采用本文算法重建出的图像的结构相似性指标(SSIM)值可提高约65%。 该方法能有效地提高IVPA重建图像的质量,为后续图像重建算法的优化提供有益参考。关键词：血管内光声成像;图像重建;时间反演;滤波反投影;结构相似性3836|484|3更新时间：2024-05-07
医学图像处理
- 摘要：现有关于漫衰减系数的研究大多是在490 nm波段建立反演模型,且未将相关研究与机载激光雷达测深能力建立联系,本文尝试获取测深参数532 nm漫衰减系数(532)和透明度(Secchi disk depth),为机载双色激光雷达测深能力的评估和飞行方案的制定提供了重要技术参数。 首先分析了测深参数532 nm漫衰减系数(532)和透明度对于评估机载双色激光系统测深能力的重要性。利用2003年春季中国黄东海区域的实测光学数据,对现有的漫衰减系数反演模式进行改进,建立了(532)和(490)=的线性关系以及和(532)的幂函数关系。 根据2003年春季MODIS的490 nm漫衰减系数产品和上述函数关系获取了(532)和参数。 本文获取测深参数(532)和的方法能够用来有效评估该区域机载激光雷达的测深能力,准确性和精度依赖于实测光学数据的精度、分布和数量以及MODIS的(490)产品的准确性。关键词：MODIS;漫衰减系数;波段;赛克盘深度;色度比例尺2668|349|2更新时间：2024-05-07
- 摘要：合成孔径雷达(SAR)因成像方法、几何角度等原因使得采集到的数据具有稀疏性及残缺性,如果直接用其进行建模,不能真实地还原物体。针对下视SAR数据的特点,提出一种在建模过程中能够自动修补稀疏及残缺数据的重建方法。 首先引入大津法对3维SAR数据进行预处理,然后将2维图像分割方法中的Chan-Vese模型推广应用到下视SAR数据的表面重建中,在初始表面及轮廓指示函数的求取过程中引入距离函数和内积函数。 将本文方法与等值面抽取法的重建结果进行比较,本文方法在重建的过程中能够自动修补空洞,重建出的模型表面更加光滑,能更加真实地反映原物体的特征。 可以将本文方法推广应用到稀疏及残缺SAR数据的建模中。关键词：下视SAR数据;空洞修补;3维重建;Chan-Vese模型2474|356|0更新时间：2024-05-07
遥感图像处理
- 摘要：雾霾天气使图像降质,严重影响军事、交通和安全监控等领域信息系统的正常运作,因此图像去雾具有重要研究意义。目前主流的单幅图像去雾算法主要利用各种与雾相关的颜色特征实现,但不同的颜色先验知识往往存在各自的场景局限性。为提高图像去雾的普适性,提出一种特征学习的单幅图像去雾方法。 首先通过稀疏自动编码机对有雾图像进行多尺度的纹理结构特征提取,同时抽取各种与雾相关的颜色特征。然后采用多层神经网络进行样本训练,得到雾天条件下纹理结构特征及颜色特征与场景深度间的映射关系,并估算出有雾图像的场景深度图。最后结合大气散射模型,根据场景深度图复原无雾图像。 与主流去雾算法的结果定性对比,复原后的图像细节更清晰,颜色更自然。采用均方误差和结构相似度定量评价各算法去雾结果与真实无雾图像的相似度,本文算法结果与真实无雾场景间的相似度最高,达到99.9%。 对实验结果的定性及定量分析表明,本文算法能有效获取有雾图像的场景深度,复原出视觉效果理想的无雾图像,且具有很好的场景普适性。关键词：图像去雾;特征学习;深度学习;神经网络;稀疏编码6841|561|6更新时间：2024-05-07
- 摘要：颜色编辑扩散是图像处理领域中的一个重要研究内容。以往方法中,为了取得期望的编辑效果,要求交互选定的样本颜色尽可能丰富。为了降低输入条件,提出一种新的有效重采样的颜色编辑扩散技术。 首先对图像做超像素分割并提取每个超像素中心作为重采样样本。遵循超像素中心非边缘像素,只服从一种编辑模式的原则,计算其与每种编辑模式的相似度,如果与某种编辑模式相似度绝对占优,则该样本的编辑模式直接确定。对于待定样本,依照相邻相似样本服从相同编辑模式的思想来判断其归属。然后将重采样样本的颜色编辑遵循相似颜色编辑后仍相似的原则采用增量的方式扩散到整幅图像。扩散时每个像素自适应地选择样本的数量,以避免相似度低样本的干扰。 与以往的方法进行比较,该方法对输入条件的敏感度较低,且在相同的相对简单的输入条件下能取得更好的视觉效果,可视化的梯度显示细节保持也更理想。 该方法能有效简化用户交互,将稀疏的画笔像素的扩散转化为颜色信息相对丰富的超像素中心样本的扩散,且生成的图像能忠于编辑颜色及较好地保持图像细节。关键词：图像编辑;超像素分割;稀疏交互;编辑扩散;细节保持4021|424|1更新时间：2024-05-07
- 摘要：图像插值是图像处理中的重要问题,为了提高纹理图像的放大质量,结合以往的有理函数的插值算法,提出一种新的基于有理分形函数的图像插值算法。 对于输入图像,首先,运用中值滤波和直方图均衡化对输入图像预处理;其次,通过毯子覆盖法求出图像的多尺度分形特征值,进行纹理区域和平滑区域的划分;最后,在纹理区域采用有理分形插值函数,在平滑区域采用有理插值函数。 对于一般图像,本文算法与NARM(nonlocal autoregressive model),NEDI(new edge-directed interpolation)相当,在纹理区域较多的图像中,本文算法在峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)数值上较对比算法进一步提高,在视觉效果上,图像对比度明显增强,在Barbara,Truck等的对比图像中,峰值信噪比均提高了0.51 dB。 本文插值算法利用多尺度分形特征将图像划分区域,在不同区域采用不同的插值模型。优化模型参数使得插值质量进一步提高。实验表明本文算法能够对纹理和非纹理区域有效划分对纹理的信息保持优于传统算法,获得了较好的主客观效果。关键词：分形;图像插值;多尺度分析;分形维数;有理分形;梯度4862|324|3更新时间：2024-05-07
- 摘要：压缩感知信号重构过程是求解不定线性系统稀疏解的过程。针对不定线性系统稀疏解3种求解方法不够鲁棒的问题:最小化l-范数属于NP问题,最小化l-范数的无解情况以及最小化l-范数的非凸问题,提出一种基于光滑正则凸优化的方法进行求解。 为了获得全局最优解并保证算法的鲁棒性,首先,设计了全空间信号l-范数凸拟合函数作为优化的目标函数;其次,将元函数优化问题转变为个一元函数优化问题;最后,求解过程中利用快速收缩算法进行求解,使收敛速度达到二阶收敛。 该算法无论在仿真数据集还是在真实数据集上,都取得了优于其他3种类型算法的效果。在仿真实验中,当信号维数大于150维时,该方法重构时间为其他算法的50%左右,具有快速性;在真实数据实验中,该方法重构出的信号与原始信号差的F-范数为其他算法的70%,具有良好的鲁棒性。 本文算法为二阶收敛的凸优化算法,可确保快速收敛到全局最优解,适合处理大型数据,在信息检索、字典学习和图像压缩等领域具有较大的潜在应用价值。关键词：信号处理;压缩感知;凸函数;快速收缩迭代;稀疏表达4099|301|3更新时间：2024-05-07
- 摘要：针对传统量子遗传算法无法充分利用种群中未成熟个体信息的不足,提出了基于交互更新模式的量子遗传算法(IUMQGA)并应用于几何约束求解中。 几何约束问题的约束方程组可转化为优化模型,因此约束求解问题可以转化为优化问题。采用将遗传算法与量子理论相结合的量子遗传算法,使用双串量子染色体结构,使用交互更新策略将遗传算法中的交叉操作利用量子门变换来实现,根据不同情况采用不同的交互更新策略。这里的交互,指的是两个个体进行信息交换的过程,该过程用以产生新的个体。这不仅增加了个体间信息的交换而且充分利用了种群中未成熟个体的信息,提高了算法的收敛速度。 通过非线性方程实例和几何约束实例测试并与其他方法比较表明,基于交互更新模式的量子遗传算法求解几何约束问题具有更好的求解精度和求解速率。双圆外公切线问题实例中,IUMQGA算法比QGA算法稳定;单圆填充问题和双圆外公切线问题实例中,通过实验求得各变量的最优值与其相应的精确值的误差在1E-2以下。 采用交互更新模式的量子遗传算法可以很好地求解几何约束问题。关键词：计算机辅助设计;几何约束求解;量子遗传算法;量子染色体;交互模式更新4086|373|2更新时间：2024-05-07
- 摘要：多项式求实根问题有着广泛的应用。改进传统的裁剪方法,在多项式重根的情形下,保持计算稳定性的同时显著地提高相应的收敛阶。 提出了基于空间内的3次裁剪方法。该方法继承了传统裁剪求根方法的优点,充分利用了Bernstein基函数较好的计算稳定性,同时给出简单方法判别重根的存在性,从而使得重根的情形可以转化为单根的情形。 与已有的基于和空间的3次裁剪方法相比,本文方法可以具有更好的逼近效果。单根情形下,本文方法与基于空间的3次裁剪方法同时具有5次收敛阶,略高于基于空间3次裁剪方法的4次收敛阶;(≥2)重根情形下,本文方法理论上可具有5次收敛阶,明显优于已有的基于和空间的3次裁剪方法的4/或5/收敛阶。基于,和空间的3次裁剪方法的计算时间复杂度大致相当,均为O()。 本文方法可以快速判定重根的情形,同时具有更高的收敛阶和更好的逼近效果。关键词：计算机图形学;多项式求根;3次剪裁;稳定性;R;空间;收敛阶;重根4254|305|0更新时间：2024-05-07
- 摘要：在现实中,某些插值问题结点处的函数值往往是未知的,而仅仅已知一些区间上的积分值。为此提出一种给定已知函数在连续等距区间上的积分值构造二次样条插值函数的方法。 首先,利用二次B样条基函数的线性组合去满足给定的积分值和两个端点插值条件,该插值问题等价于求解+2个方程带宽为3的线性方程组。然后,运用算子理论给出二次样条插值函数的误差估计,继而得到二次样条函数逼近结点处的函数值时具有超收敛性。最后,通过等距区间上积分值的线性组合逼近两个端点的函数值方法实现了不带任何边界条件的积分型二次样条插值问题。 选取低频率函数,对积分型二次样条插值方法和改进方法分别进行数值测试,发现这两种方法逼近效果都是良好的。同样,选取高频率函数对积分型二次样条插值方法进行数值实验,得到数值收敛阶与理论值相一致。 实验结果表明,本文算法相比已有的方法更简单有效,对改进前后的二次样条插值函数在逼近结点处的函数值时的超收敛性得到了验证。该方法对连续等距区间上积分值的函数重构具有普适性。关键词：插值;二次B样条;积分值;边界条件;误差分析4243|377|1更新时间：2024-05-07
- 摘要：曲率线在微分几何中起着非常重要的作用,它在曲面分析中是一个很有用的工具。可展曲面是曲面造型中最简单也最常用的一类曲面,目前大部分工作都是研究在给定曲面上寻找或者计算曲率线,而其反问题研究工作较少,为此,提出一种插值曲率线的可展曲面构造方法,并进一步将它应用到曲面造型中。 利用Frenet标架表示直纹面的母线,根据曲线为曲面曲率线以及曲面可展的充要条件,得到直纹面的母线需要满足的关系式。并引入控制函数控制曲面的形状。 给出了以给定曲线为曲率线的直纹面可展的具体表达式,根据可展曲面分类分析了设计曲面为柱面、锥面和空间曲线切线面的充要条件,并给出了两个代表性的实例验证该方法的有效性,实例结果表明,该方法不仅适用于一般参数曲线,对分段参数曲线也是有效的。 利用构造性的方法给出了插值曲率线的可展曲面的具体表达形式,并通过具体实例验证了该方法的有效性。关键词：可展曲面;直纹面;Frenet标架;曲率线3940|224|2更新时间：2024-05-07
第8届全国几何设计与计算学术会议栏目
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